3.1交变电流 学科素养提升（word版含答案）

3.1交变电流 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图所示，则下列说法中正确的是(　　)
A．t＝0时刻线圈平面与中性面垂直
B．t＝0.01 s时刻Φ的变化率达最大
C．t＝0.02 s时刻感应电动势达到最大
D．t＝0.03 s时刻感应电动势为零
2．如图是交流发电机的示意图，线圈边连接在金属滑环上，边连接在金属滑环上，左右两个导体电刷分别压在滑环、上，线圈转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。若线圈绕转轴顺时针匀速转动，取从左向右通过电流表为电流正方向，从图示位置开始计时，下列图中能正确表示电流表中电流随时间变化关系的是（　　）
A． B．
C． D．
3．在匀强磁场中，一正方形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动时，产生的电动势随时间变化的规律为。如果将线框的边长变为原来的2倍，转速变为原来的，其他条件不变，则电动势随时间变化的规律为（　　）
A． B．
C． D．
4．一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动。线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示。下面说法中正确的是（　　）
A．时刻通过线圈的磁通量为零
B．线圈处于中性面位置
C．时刻通过线圈的磁通量变化率为零
D．时刻通过线圈的磁通量最大
5．把如图甲所示的电路的a、b两端点接按如图乙所示的电压随时间变化的电源，三个完全相同的灯泡正常发光。则（　　）
A．该交变电流的周期为
B．该交变电流的电压的有效值为
C．若增大交变电流的周期而保持电压的有效值不变，则灯泡Ⅱ变亮
D．若增大交变电流的频率而保持电压的有效值不变，则灯泡Ⅲ变暗
6．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，产生的感应电动势最大值为50 V，那么该线圈由图示位置(线圈平面与磁场方向平行)转过30°时，线圈中的感应电动势大小为（　　）
A． B． C． D．
7．下列各图中哪些情况线圈中无交变电流产生（　　）
A． B．
C． D．
8．一个矩形线圈，在匀强磁场中绕一个固定轴做匀速转动，当线圈处于如图所示位置时，它的（　　）
A．磁通量最大，磁通量变化率最大，感应电动势最大
B．磁通量最小，磁通量变化率最大，感应电动势最大
C．磁通量最大，磁通量变化率最小，感应电动势最大
D．磁通量最小，磁通量变化率最小，感应电动势最大
9．下列四幅图像表示的电流中不是交变电流的一项是（　　）
A． B．
C． D．
10．如图所示的四个装置中，与发电机工作原理相同的是（　　）
A． B．
C． D．
11．一矩形线圈，在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，线圈中的感应电动势随时间t的变化规律如图所示，下列说法是正确的是 （　　）
A．线圈每转动一周，感应电流的方向改变两次
B．t2时刻穿过线圈的磁通量变化率为零
C．t=0时刻，线圈处于中性面位置
D．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零
12．如图所示，KLMN是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为B的水平方向的匀强磁场中，线框面积为S，MN边水平，线框绕某竖直固定轴以角速度ω匀速转动。在MN边与磁场方向的夹角达到30°的时刻（图示位置），导线框中产生的瞬时电动势e的大小和线框此时电流的方向分别为（已知线框按俯视的逆时针方向转动）（ ）
A．BSω，电流方向为KNMLK B．BSω，电流方向为KNMLK
C．BSω，电流方向为KLMNK D．BSω，电流方向为KLMNK
13．已知电源的交变电流的电压表达式为u=200sin120πt(V),电源的内阻不计。下列说法正确的是（ ）
A．用电压表测该电源电压其示数为200 V
B．将该电压加在220Ω的电阻两端，则该电阻消耗的电功率为220 W
C．交流点的的频率为60Hz，电流方向每秒改变60次
D．t=0.1s时，该交流电压的瞬时值为0V
14．一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示，则下列说法正确的是（　　）
A．时，线圈平面与中性面垂直 B．时，磁通量的变化率达到最大
C．时，感应电动势达到最大 D．该线圈相应的感应电动势图像如图乙所示
15．下列图像中属于交变电流的有（　　）
A． B．
C． D．
二、解答题
16．如图所示，一个不变形的单匝闭合圆形线圈的面积为S，电阻为R，放在匀强磁场中，且线圈平面与磁场方向垂直，磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律为。
(1)在0~T时间内，哪些时刻线圈中产生的感应电动势最大？
(2)在时间内，通过线圈某一横截面的电荷量是多大？
参考答案
1．B
【详解】
A．t＝0时刻磁通量最大，此时线圈平面在中性面，选项A错误；
B．t＝0.01 s时刻，磁通量为零，此时磁通量的变化率达最大，选项B正确；
C．t＝0.02 s时刻，磁通量最大，但是磁通量的变化率为零，感应电动势为零，选项C错误；
D．t＝0.03 s时刻，磁通量为零，此时磁通量的变化率达最大，感应电动势最大，选项D错误。
故选B。
2．A
【详解】
图示位置线圈中通过的磁通量最大，线圈平面处于中性面，感应电流为零；线圈顺时针转动，在线圈中产生感应电流的方向是从a到b，通过电流表的电流，从右到左，为负方向，故A正确，BCD错误。
故选A。
3．D
【详解】
线框中产生的电动势的最大值
将线框的边长变为原来的2倍，转速变为原来的后，角速度变为，电动势的最大值变为，则电动势随时间变化的规律为
故选D。
4．C
【详解】
A．时刻感应电动势为零，线圈通过中性面时，磁通量最大，A错误；
B．时刻感应电动势为最大值，线圈处于和中性面垂直的位置，B错误；
C．时刻感应电动势为零，磁通量的变化率为零，C正确；
D．时刻感应电动势为最大值，通过线圈的磁通量为零，D错误。
故选C。
5．C
【详解】
A．该交变电流的周期为，选项A错误；
B．该交变电流的电压的有效值为36V，选项B错误；
C．若增大交变电流的周期，电感器L的感抗减小，灯泡Ⅱ中电流增大，灯泡Ⅱ变亮，选项C正确；
D．若增大交变电流的频率，电容C的容抗变小，灯泡Ⅲ中电流增大，灯泡Ⅲ变亮，选项D错误。
故选C。
6．C
【详解】
线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动，从垂直中性面的位置开始计时，感应电动势的瞬时值为
故当时，感应电动势的瞬时值为
所以C正确；ABD错误；
故选C。
7．A
【详解】
A．当线圈转动时，穿过线圈的磁通量始终为零，则线圈中不会出现感应电流。故A项符合题意；
BCD．当线圈转动时，穿过线圈的磁通量发生周期性变化，则线圈中会出现感应电流，且为交变电流。故B、C、D不符合题意。
故选A。
8．B
【详解】
当线圈处于图中所示位置时，磁通量为零，最小；该位置与中性面垂直，感应电动势最大；根据法拉第电磁感应定律公式
磁通量的变化率最大。
故选B。
9．C
【详解】
由图像可知，电流方向不变而大小做周期性变化，属于直流电，因此ABD属于交变电流，C不属于交变电流，故ABD错误，C正确。
故选C。
10．B
【详解】
发电机工作原理为闭合回路部分导线切割磁感线，产生感应电流，B图符合，A图为电动机原理，C图为表示通电导线周围存在磁场，D图为通电导线在磁场中受力运动，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
11．A
【详解】
A．线圈每转动一周，感应电流方向改变两次，故A正确；
B．由图可知，t2时刻线圈的感应电动势最大，故磁通量的变化率也最大，通过线圈的磁通量为零，故B错误；
C．由图可知，t=0时刻线圈的感应电动势最大，故磁通量的变化率也最大，通过线圈的磁通量为零，不是中性面的位置，故C错误；
D．由图可知，t1和t3时刻线圈的感应电动势最小（零），则磁通量的变化率也为零，所以通过线圈的磁通量为最大，故D错误。
故选A。
12．B
【详解】
MN边与磁场方向成时，感应电动势为
由右手定则可知电流方向为KNMLK。
故选B。
13．BD
【解析】
【分析】
根据电压表达式中各物理量的含义去分析周期、有效值瞬时值，由功率公式计算消耗的电功率，t=0.1s带入瞬时值表达式求解瞬时值。
【详解】
由于正弦交变电压的最大值为220V，所以有效值为220V，电压表显示的是有效值为220V，故A错误；将该电压加在220Ω的电阻两端，则该电阻消耗的电功率为：，故B正确；由ω=2πf=120π，得f=60Hz，矩形线圈在匀强磁场中每转一圈，电流方向改变两次，故电流方向每秒改变120次，故C错误；当t=0.1s时，u=0，即该交流电压的瞬时值为0V，故D正确。故选BD。
14．AB
【详解】
A．由题图甲可知，时，穿过线圈的磁通量等于零，线圈平面与中性面垂直，故A正确；
B．时，磁通量等于零，但磁通量的变化率达到最大，故B正确；
C．时，磁通量最大，但磁通量的变化率为零，则感应电动势为零，故C错误；
D．由题图甲可知图像为余弦图像，则感应电动势的图像应为正弦图像，故D错误。
故选AB。
15．ABC
【详解】
判断电流是交流还是直流，就看方向是否随时间周期性变化；
ABC．ABC中的方向均发生周期性变化，故它们属于交变电流，ABC正确；
D．选项D中，尽管电流大小随时间变化，但因其方向不变，所以是直流，故D错误；
故选ABC。
16．(1)0、、；(2)
【详解】
(1)线圈面积一定，B的周期性变化使穿过线圈的磁通量发生变化，根据法拉第电磁感应定律有，可见最大时电动势最大。
作出图像，如图所示。
图线上某点切线的斜率反映了的大小，由图可知，在0~T时间内，当t等于0、、T时，切线的斜率的绝对值最大。因此，在这些时刻线圈中产生的感应电动势最大。
(2)根据法拉第电磁感应定律有，根据欧姆定律有
则电荷量
在时间内，根据图像，可得磁通量变化量的绝对值，则电荷量。